改性氧化石墨烯/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备及性能研究

通过溶液共混法制备了改性氧化石墨烯/聚碳酸亚丙酯(MGO/PPC)复合材料,利用FT-IR表征了材料的化学结构,采用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)分别研究了复合材料的热性能、微观形貌,并分析了MGO对MGO/PPC复合材料的力学性能和水蒸汽阻隔性能的影响.结果表明:改性氧化石墨烯(MGO)质量分数为2.0％时复合材料的热性能与力学性能最佳,阻隔性能提高,水蒸汽透过量由69.08 g/(m2·24 h)降低为32.69 g/(m2·24 h).     

聚醚砜/热膨胀石墨导电纳米复合材料的制备与性能研究

为改善PES的力学性能、热性能和电性能,采用熔融插层法制备了聚醚砜(PES)/热膨胀石墨(EG)导电纳米复合材料(PES/EG),并利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、密度测试、吸水率测试以及拉伸试验分别对PES/EG导电纳米复合材料的微观形貌、热性能、结晶性能、密度、吸水性及力学性能进行了分析测试。结果表明,当EG的质量分数为6%时,PES/EG导电纳米复合材料的综合力学性能较好。热性能测试表明,加入质量分数为6%的EG使基体PES的T-5%提高了4.8 oC。TEM和SEM分析表明,EG的表面处理改善了与基体PES的界面相互作用,EG经熔融插层后以10～30 nm的薄片均匀分散于PES基体中。电性能测试表明,当加入质量分数为2%的EG时,复合材料的电导率提高了12个数量级,其导电逾渗阀值小于2%。综合考虑复合材料的力学和电性能,添加的EG的质量分数应低于6%。     

压力诱导流动成型聚苯硫醚的多极有序结构

以硅烷偶联剂KH-570对多层氧化石墨烯进行表面改性处理,对多层氧化石墨烯和聚苯硫醚共混物进行压力诱导流动成型,制备了聚苯硫醚/多层氧化石墨烯二元复合材料。通过形貌观察(SEM)、力学性能测试、动态力学测试(DMA)和差示扫描量热仪(DSC)测试,研究了多层氧化石墨烯质量分数和压力诱导流动加工对复合材料结构与性能的影响。结果表明,共混多层氧化石墨烯的质量分数为0.3%时,复合材料的力学性能最佳;进行压力诱导流动加工后复合材料的力学性能会进一步提高。由此,得出一种快捷、高效的生产高强度和高韧性聚苯硫醚复合材料的方法。     

原位改性法制备功能化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料及其性能研究

将Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)均匀分散于溶解有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的四氢呋喃溶剂(THF)中,反溶剂法得到氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。因为超临界CO_2对许多低分子物质有较强的溶解能力,可以使大多数聚合物发生溶胀,可实现固态基体中氧化石墨烯的原位改性。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对改性效果进行表征;热重量分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)、动态力学分析仪(DMA)等方法表征改性后复合材料的热学、力学性能。结果显示,成功实现了氧化石墨烯在固态聚合物基体中的原位改性。氧化石墨烯与改性后氧化石墨烯均对聚合物基体的力学性能、热学性能起到改善作用。填料含量达到3%(质量分数)时力学强度提高22%~31%,复合材料玻璃化转变温度提高10℃左右。     

杜仲胶/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备及其性能

制备了杜仲胶/PBS(聚丁二酸丁二醇酯)复合材料,并研究了硫黄用量对杜仲胶/PBS复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明:随着硫黄用量的增大,交联密度逐渐增大,力学性能下降,DSC(差示扫描量热分析)曲线上结晶熔融峰减弱,熔点降低,结晶性能下降;复合材料的形变固定率不断增加,形变回复率先增加后减小。由此,在杜仲胶/PBS共混比(质量份比)为90/10的前提下,硫黄质量份1.2份时,复合材料的综合性能较为优异。     

硅烷化处理对气相生长碳纤维分散性及界面结合的影响

气相生长碳纤维经双氧水改性处理,然后采用不同浓度硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)进行硅烷功能化处理.利用光学观察和SEM研究经过硅烷功能化处理前后的VGCF在溶剂中的分散稳定性及在复合材料中的分散性及与基体结合情况.结果显示:不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在溶剂中具有不同的分散稳定性;在制备的气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合材料中,不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在基体中分散性不同;不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在复合材料中与基体的界面结合均得到一定程度提高,将有利于有效增强复合材料的力学性能.最终结果表明,硅烷与气相生长碳纤维质量比1:1的功能化处理为最佳.     

多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺二次功能化表面改性超高分子量聚乙烯纤维

为提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度,采用多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺(PEI)二次功能化对UHMWPE纤维进行表面改性,并通过FTIR、XPS、SEM和单丝拔出实验等方法分析改性前后UHMWPE纤维的表面特征及UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面剪切破坏情况.结果表明:经过多巴胺涂覆和PEI二次功能化后的纤维表面产生羟基和氨基等活性官能团;改性后的纤维表面粗糙度增加;改性前后纤维力学性能基本不变;改性后的UHMWPE纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度有所增加,当PEI质量浓度为5 mg/m L时,PEI二次功能化后的UHMWPE纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度为1.185 MPa,与未改性UHMWPE纤维复合材料相比,提高了65.27%.     

母料-熔融共混法制备TPU/TRG纳米复合材料

为改善热塑性聚氨酯(TPU)的力学和热性能,采用热剥离-还原石墨烯纳米片(TRG)为改性剂,经母料-熔融共混法制备TPU/TRG纳米复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X线光电子能谱、拉伸性能测试、X线衍射(XRD)和示差扫描量热法(DSC)等表征天然石墨粉、氧化石墨和TRG的形貌以及复合材料的力学、热学和微观结构。结果表明,TRG的加入能显著提高TPU基体的力学性能,当加入少量(质量分数1%)的TRG时,TPU/TRG纳米复合材料的弹性模量与纯TPU相比提高了64%,TRG的加入还提高了TPU的定伸(100%)应力。DSC测试表明,TRG的加入提高了复合材料的热性能,当加入质量分数1%的TRG时,其熔融温度和结晶温度分别提高了约14℃和11℃。XRD和SEM分析表明,TRG已经均匀地分散到TPU基体中。     

竹纤维碱化改性对竹纤维/聚丙烯复合材料性能的影响

用不同浓度的NaOH 溶液对竹纤维(bamboo fiber, BF) 进行表面改性处理, 一定温度烘干后, 通过熔融挤出 制备了竹纤维/聚丙烯(BF/PP) 竹塑复合材料。采用示差同步扫描热分析仪(TG-DSC)、红外光谱(FTIR)、X 射线衍 射仪(XRD) 和扫描电镜(SEM) 等对预处理前后BF 的结构进行表征, 并研究了复合材料的力学性能。结果表明: 改 性后BF 的热稳定性升高, 形成疏松的纤维束; 复合材料的力学性能显著提高。其中用3% 的NaOH 溶液改性BF 制 备的复合材料的力学性能最佳, 冲击强度较纯PP 可提高100%, 屈服强度提高14.8%。复合材料冲击断面SEM 显 示, 一定浓度的NaOH 溶液改性可以明显提高BF 与PP 基体树脂间的相容性。     

改性碳纳米管/高密度聚乙烯复合材料正温度系数性能

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体,改性的碳纳米管(CNTs)为导电填料,采用熔融法制备正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)复合材料。通过扫描电子显微镜和热敏电阻曲线测试仪以及冲击试验机等,观察CNTs/HDPE复合材料的微观形貌,研究PTC效应随CNTs含量变化规律及对力学性能的影响。结果表明:CNTs在HDPE基体中分散性较好;当CNTS含量在体积分数为9%时,CNTs/HDPE复合材料的室温电阻率为102?·cm,PTC强度达4个数量级;HDPE基体中加入经过表面修饰过的CNTs后,复合材料的力学性能明显提高。当CNTs的体积含量在8%时,复合材料的冲击性能较纯HDPE提高了93%。     

水热共沉积C/C复合材料的Ni催化石墨化及性能研究

采用水热共沉积结合热处理技术制备出了含Ni颗粒的碳/碳(C/C)复合材料,并研究了热处理温度对C/C复合材料微观结构、力学性能及电学性能的影响规律.结果表明,随着热处理温度的升高,复合材料的基体碳由无定型的颗粒状向层状石墨转变,其石墨化度提高,复合材料中Ni的引入对基体具有催化石墨化作用.1 400℃热处理较800℃热处理C/C复合材料的强度降低了27%,模量提升了15%,其断裂行为由假塑性断裂向脆性断裂转变.1 400℃热处理较800℃热处理C/C复合材料的电阻率降低了67.9%.石墨化度的提高增大了石墨微晶尺寸,降低了石墨层间距,减小了晶界的散射作用,从而提升了载流子浓度,有利于降低C/C复合材料的电阻率.     

氧化石墨烯-多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能研究

通过对原始多壁碳纳米管进行功能化处理,得到了羧基功能化的多壁碳纳米管,并利用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜分别对它们的形貌进行了观察.研究了在环氧树脂中加入多壁碳纳米管和氧化石墨烯总质量分数为0. 1%的前提下,不同比例的多壁碳纳米管与氧化石墨烯对环氧树脂纳米复合材料力学性能的影响.结果显示,氧化石墨烯和多壁碳纳米管确实能够改善环氧树脂复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、储能模量等力学性能,氧化石墨烯对于复合材料拉伸性能的提高要优于多壁碳纳米管,而多壁碳纳米管对复合材料弯曲性能的改善要优于氧化石墨烯.     

改性矿渣作为填料对聚丙烯力学性能的影响

采用改性剂Si-69对矿渣(SP)进行表面处理得到改性矿渣(MSP),以聚丙烯(PP)为基体、MSP代替传统无机填料通过熔融共混的方式制备PP/MSP复合材料,分析改性矿渣对PP/MSP复合材料力学性能的影响,探讨改性矿渣在PP基体中的分布状况及其与PP结合的紧密程度。结果表明：MSP质量分数在0～40%范围内,随MSP含量的增加,PP/MSP复合材料的拉伸强度呈先升后降的变化趋势、但均高于PP纯样,弹性模量呈上升趋势,冲击强度呈先升后降的变化趋势;MSP质量分数为20%时,PP/MSP复合材料的综合力学性能最好,弹性模量达508.9 MPa,相比于PP纯样提升了39.6%,冲击强度也由1.83 kJ/m²提高至1.96 kJ/m²;改性剂Si-69一侧为长链烷基、另一侧为水解产生的Si—OH,Si—OH与SP表面的—OH结合,长链烷基与PP基体亲和性较强,致使MSP与PP基体结合紧密,极大减少MSP在PP基体中的团聚,大幅提升PP/MSP复合材料的力学性能。     

坩埚炉衬材料对 TiCp/Fe复合材料组织及性能的影响

论述了用三种炉衬坩埚熔炼制备颗粒增强ＴｉＣＰ／Ｆｅ复合材料的试验方法,并对不同炉衬材料熔炼制备的复合材料的组织进行金相观察,对其力学性能进行测试．结果表明：采用石英砂炉衬坩埚熔炼制备的复合材料基体组织中杂质较多,力学性能低;采用石墨炉衬坩埚熔炼制备的复合材料的基体组织中有片状石墨析出,力学性能较差;采用镁砂炉衬坩埚熔炼制备的复合材料基体组织均匀,ＴｉＣ颗粒弥散分布,力学性能较好．     

定向碳纳米管/氯化聚乙烯复合材料的力学性能与相态结构

采用溶液共沉淀法制备了定向碳纳米管/氯化聚乙烯复合材料,研究了定向碳纳米管预处理方法和其用量对复合材料力学性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料拉伸断面的形貌特征。结果表明:定向碳纳米管/氯化聚乙烯复合材料的拉伸强度随定向碳纳米管加入量的增加而增大,当定向碳纳米管的加入量为5份(氯化聚乙烯为100份)时,其拉伸强度最大,与纯氯化聚乙烯的拉伸强度相比,提高了75%;化学修饰后的定向碳纳米管在氯化聚乙烯基体中有了较好的分散性及较强的界面结合力。     

改性石墨烯/氯丁橡胶复合材料的制备及性能

以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)改性石墨烯(GE)为分散相加入氯丁橡胶(CR)基体中,混炼制备出改性石墨烯/氯丁橡胶(KH-GE/CR)复合材料.采用傅里叶红外光谱仪,X射线衍射仪和扫描电镜对改性前后石墨烯的结构进行表征,考察了硫化温度、不同含量KH-GE对KH-GE/CR复合材料力学性能和导电性能影响.结果表明:KH-570改性后的GE层间距增大,改善了在CR基体中的分散性;KH-GE/CR复合材料较佳硫化温度为180℃;KH-GE含量为1.5g时力学性能和导电性能良好,拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度较未添加KH-GE分别提高了123%、32%和29%.     

PET／蒙托土纳米复合材料的结晶行为

用示差扫描量热计（ＤＳＣ）研究了ＰＥＴ／蒙托土纳米复合材料的结晶行为,并与未填充ＰＥＴ进行了比较。结果表明：分散在ＰＥＴ基体中的蒙托土纳米微粒对ＰＥＴ的结晶具有异相成核作用;但蒙托土微粒表面与ＰＥＴ之间很强的界面作用限制了ＰＥＴ分子链段的运动,使晶体生长受到阻碍;因此总结晶速率取决于两方面的综合效应。ＰＥＴ／蒙托土纳米复合材料的结晶完善程度变差,熔点和熔融热下降,同时结晶活化能明显增大。     

石墨纤维导热膏的制备及其导热性能

以石墨纤维为导热填料、二甲基硅油为基体,通过简单混磨制备了一系列石墨纤维/硅油导热膏。通过石墨纤维表面镀银处理、加入硅烷偶联剂KH570等改善导热膏的性能。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,对镀银石墨纤维进行了表征。结果表明:导热膏的导热系数随着石墨纤维添加量的增大而增大,最高达到1.21 W·(m·K)~(-1);加入硅烷偶联剂KH570可以有效提高导热膏的导热性能,加入量为石墨纤维的2.5%~3%(质量分数)时最好;石墨纤维经过镀银化处理之后,导热系数进一步提高到1.54 W·(m·K)~(-1)。     

甲基橙掺杂聚吡咯/氧化石墨烯复合材料

为了得到新型导电聚合物/石墨烯纳米复合材料,采用偶氮染料甲基橙为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,一步法制备了纳米片状的聚吡咯/氧化石墨烯复合材料,通过傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等测试,对聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的结构和形貌进行表征;通过循环伏安法对其进行电化学性能测试.结果表明:由于甲基橙分子中含有的磺酸根阴离子,甲基橙分子掺杂在聚吡咯分子链中,影响了聚吡咯分子的共轭结构;在聚吡咯/氧化石墨烯复合材料中保留了氧化石墨烯的片状结构,表明吡咯单体首先被吸附到氧化石墨表面,进而在氧化石墨烯表面发生聚合.聚吡咯/氧化石墨烯复合材料均匀的片状纳米结构,在循环伏安测试中显现出具有良好的电容特性,将来可以应用到商业电容器领域.     

石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其电化学性能的研究

以氧化石墨烯、硫酸锰和高锰酸钾为原料,通过控制原料的配比、水热反应的时间与温度以及体系的p H值,制备了不同反应条件下的石墨烯/二氧化锰(RGO/MnO_2)复合材料.采用傅里叶红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线能谱(EDS)对复合材料的形貌和结构进行了表征.结果发现:复合材料呈现出一种包覆状结构,二氧化锰有效嵌入石墨烯片层之间和包覆在其表面,既阻止了石墨烯片的团聚又能够很好地发挥协同效应;水热反应的时间和温度是影响复合材料形貌和结构的主要因素;通过循环伏安曲线和交流阻抗谱分析复合材料的电化学性能,测试结果表明二氧化锰的加入提高了复合材料的比电容量,在1 mol/L的Na_2SO_4电解液,2 mV/s扫描速率下,材料的最佳比电容量达到380 F/g.